1. Trang Chủ
  2. Điện - Điện tử
  3. Giáo trình Điện tử công suất (Nghề: Điện tử công nghiệp - Cao đẳng) - Trường CĐ nghề Việt Đức Hà Tĩnh

Giáo trình Điện tử công suất (Nghề: Điện tử công nghiệp - Cao đẳng) - Trường CĐ nghề Việt Đức Hà Tĩnh

Giáo trình Điện tử công suất cung cấp cho người học những kiến thức như: Tổng quan về điện tử công suất; công tắc điện tử (van bán dẫn); chỉnh lưu công suất không điều khiển; chỉnh lưu công suất có điều khiển; điều chỉnh điện áp xoay chiều. Mời các bạn cùng tham khảo! TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH HÀ TĨNH TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH GIÁO TRÌNH Mô đun: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT NGHỀ: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (LƯU HÀNH NỘI BỘ) Tác giả: ThS: Lê Thị L

Thể loại Tài liệu miễn phí Điện - Điện tử

Số trang 259

Ngày tạo 4/9/2023 12:03:35 AM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 12.11 M

Tên tệp

Tải Giáo trình Điện tử công suất (Nghề: Điện tử công n... (.pdf)

Xem mẫu

  1. TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH HÀ TĨNH TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH GIÁO TRÌNH Mô đun: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT NGHỀ: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (LƯU HÀNH NỘI BỘ) Tác giả: ThS: Lê Thị Lân Hà Tĩnh, năm 2017 ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 0
  2. TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH MỤC LỤC BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT .............................................. 4 2. Nguyên tắc biến đổi tĩnh .................................................................................... 6 2.1 Sơ đồ khối ..................................................................................................... 6 2.2 Các loại tải...................................................................................................... 7 2.3 Các van biến đổi ............................................................................................. 8 3. Cơ bản về điều khiển mạch hở ........................................................................... 8 3.1 Khái niệm cơ bản ........................................................................................... 8 3.2 Các phương pháp điều khiển ....................................................................... 11 3.3 Phần tử chấp hành ....................................................................................... 17 4. Điều khiển mạch kín ......................................................................................... 17 4.1 Khái niệm ..................................................................................................... 17 4.2 Hoạt động của vòng điều chỉnh ...................................................................... 19 4.4 Khâu điều chỉnh dùng op-amp........................................................................ 31 BÀI 2: CÔNG TẮC ĐIỆN TỬ (VAN BÁN DẪN )............................................. 41 1. Linh kiện điện tử công suất .................................................................................. 41 1.1 Diode công suất ............................................................................................. 41 1.2 Thyristor ........................................................................................................ 47 1.3 Triac và Diac................................................................................................. 50 1.4 Transistor công suất ....................................................................................... 52 1.5. MOSFET ...................................................................................................... 55 1.6 IGBT............................................................................................................. 57 1.7 GTO ............................................................................................................... 59 2. PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ DIODE SILIC ......................................................... 62 2.1 Bảo vệ quá áp................................................................................................. 62 2.2 Bảo vệ quá dòng và ngắn mạch ...................................................................... 66 2.3 Bảo vệ quá nhiệt ............................................................................................ 69 3. Công tắc xoay chiều ba pha ................................................................................. 74 3.1 Đại cương ...................................................................................................... 74 3.2 Công tắc xoay chiều ....................................................................................... 75 ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1
  3. TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH 3.3 Công tắc 3 pha ............................................................................................... 81 3.4 Úng dụng ....................................................................................................... 83 4. Công tắc một chiều .............................................................................................. 89 4.1 Đại cương ...................................................................................................... 89 4.2 Rờ le bán dẫn ................................................................................................. 89 4.3 Công tắc DC dùng transistor .......................................................................... 89 BÀI 3 : CHỈNH LƯU CÔNG SUẤT KHÔNG ĐIỀU KHIỂN ............................ 99 1. Các khái niệm cơ bản .......................................................................................... 99 2. Mạch chỉnh lưu công suất một pha không điều khiển......................................... 102 2.1 Chỉnh lưu công suất một nửa chu kỳ ............................................................ 102 2.2 Chỉnh lưu công suất hai nửa chu kỳ.............................................................. 107 2.3 Chỉnh lưu công suất cầu một pha (B2) ......................................................... 108 3. Chỉnh lưu 3 pha ................................................................................................. 112 3.1 Đại cương .................................................................................................... 112 3.2 Mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia (M3) ............................................................. 112 3.3 Mạch chỉnh lưu 3 pha hình cầu..................................................................... 118 BÀI 4 : CHỈNH LƯU CÔNG SUẤT CÓ ĐIỀU KHIỂN .................................. 123 1. Tổng quan mạch điều khiển chỉnh lưu công suất................................................ 123 1.1 Nguyên tắc cơ bản........................................................................................ 123 1.2 Điều khiển chuỗi xung ................................................................................ 123 1.3 Điều khiển góc pha ...................................................................................... 124 2. Mạch chỉnh lưu công suất một pha có điều khiển............................................... 126 2.2 Mạch chỉnh lưu công suất hai nửa chu kỳ có điều khiển ............................... 129 2.3 Mạch chỉnh lưu hình cầu một pha có điều khiển........................................... 130 2.4 Khảo sát mạch biến đổi công suất toàn phần (B2) ........................................ 131 3. Mạch chỉnh lưu công suất 3 pha có điều khiển ................................................... 135 3.1 Mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia có điều khiển. ............................................... 135 3.2 Chỉnh lưu 3 pha hình cầu có điều khiển (B6)................................................ 142 4. Thiết kế tính toán lắp mạch điều khiển .............................................................. 152 BÀI 5: ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU .............................................. 170 1. Khái niệm .......................................................................................................... 170 ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 2
  4. TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH 2. Điều khiển điện áp xoay chiều một pha ............................................................. 170 2.1 Điều khiển chuỗi xung với tải trở kháng và tải biến áp ................................. 171 2.2 Điều khiển góc pha ...................................................................................... 174 2.3 Mạch điều khiển công suất AC tải điện trở ................................................... 176 2.4 Điều khiển công suất AC tải điện cảm.......................................................... 178 2.6 Mạch điều khiển kết hợp TCA 780.............................................................. 183 2.7 Điều khiển công suất phản kháng ................................................................. 190 3. Điều khiển điện áp xoay chiều 3 pha ................................................................. 193 3.1 Đại cương .................................................................................................... 193 3.2 Khảo sát điện áp ........................................................................................... 194 3.3 Đường đặc tính điều khiển ........................................................................... 197 4. Biến tần ............................................................................................................ 198 4.1 Đại cương .................................................................................................... 198 4.2 Biến tần gián tiếp ......................................................................................... 199 4.3 Biến tần trực tiếp .......................................................................................... 203 4.4 Hướng dẫn sử dụng biến tần của Siemens .................................................... 206 BÀI 6: NGHỊCH LƯU ....................................................................................... 247 1. Các khái niệm và phân loại .............................................................................. 247 2. Mạch nghịch lưu một pha: ................................................................................. 247 2.1 Nghịch lưu phụ thuộc: .................................................................................. 247 2.2 Nghịch lưu độc lập .......................................................................................... 249 3. Nghịch lưu 3 pha ............................................................................................... 253 3.1 Nghịch lưu 3 pha phụ thuộc ......................................................................... 253 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 258 ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 3
  5. TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH BÀI 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1.1 Quá trình phát triển Điện tử công suất có thể được xếp vào phạm vi các môn thuộc về kỹ thuật năng lượng của ngành kỹ thuật điện nói chung. Tuy nhiên việc nghiên cứu không chỉ dừng lại ở phần công suất mà còn được ứng dụng trong các lĩnh vực điều khiển khác Kể từ khi hiệu ứng nắn điện của miền tiếp xúc PN được công bố bởi Shockley vào năm 1949 thì ứng dụng của chất bán dẫn càng ngày càng đi sâu vào các lĩnh vực chuyên môn của ngành kỹ thuật điện và từ đó phát triển thành ngành điện tử công suất chuyên nghiên cứu về khả năng ứng dụng của chất bán dẫn trong lĩnh vực năng lượng Với sự thành công trong việc truyền tải dòng điện 3 pha vào năm 1891, dòng điện một chiều được thay thế bởi dòng điện xoay chiều trong việc sản xuất điện năng, do đó để cung cấp cho các tải một chiều cần thiết phải biến đổi từ dòng điện xoay chiều thành một chiều, yêu cầu này có thể được thực hiện bằng hệ thống máy phát - động cơ như ở hình 1.1. Hiện nay phương pháp này chỉ còn áp dụng trong kỹ thuật hàn điện. Hình 1.1 Nguyên lý hệ biến đổi quay ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 4
  6. TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Hình 1.2 Dòng năng lượng trong hệ biến đổi tinh. Q: Nguồn ; V: Tải Thay thế cho hệ thống máy điện quay nói trên là việc ứng dụng đèn hơi thủy ngân để nắn điện kéo dài trong vòng 50 năm và sau đó chấm dứt bởi sự ra đời của thyristor. Điện tử công suất nghiên cứu về các phương pháp biến đổi dòng điện và cả các yêu cầu đóng/ngắt và điều khiển, trong đó chủ yếu là kỹ thuật đóng/ngắt trong mạch điện một chiều và xoay chiều, điều khiển dòng một chiều, xoay chiều, các hệ thống chỉnh lưu, nghịch lưu nhằm biến đổi điện áp và tần số của nguồn năng lượng ban đầu sang các giá trị khác theo yêu cầu (hình 1.2) Ưu điểm của các mạch biến đổi điện tử so với các phương pháp biến đổi khác được liệt kê ra như sau: • Hiệu suất làm việc cao  Kích thước nhỏ gọn  Có tính kinh tế cao  Vận hành và bảo trì dễ dàng  Không bị ảnh hưởng bởi khí hậu, độ ẩm nhờ các linh kiện đều được bọc trong vỏ kín  Làm việc ổn định với các biến động của điện áp nguồn cung cấp  Dễ dự phòng, thay thế  Tuổi thọ cao  Không có phần tử chuyển động trong điều kiện tỏa nhiệt tự nhiên, có thể làm mát bằng quạt gió để kéo dài tuổi thọ  Đáp ứng được các giá trị điện áp và dòng điện theo yêu cầu bằng cách ráp song song và nối tiếp các thyristor lại với nhau.  Chịu được chấn động cao, thích hợp cho các thiết bị lưu động ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 5
  7. TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH  Phạm vi nhiệt độ làm việc rộng, thông số ít thay đổi theo nhiệt độ  Đặc tính điều khiển có nhiều ưu điểm 2. Nguyên tắc biến đổi tĩnh 2.1 Sơ đồ khối Trong lĩnh vực điện tử công suất, để biểu diển các khối chức năng ngườii ta dùng các ký hiệu sơ đồ khối, điện năng truyền từ nguồn (có chỉ số 1) đến tải (có chỉ số 2) a. Khối chỉnh lưu Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ chỉnh lưu Nhiệm vụ của mạch chỉnh lưu nhằm biến đổi năng lượng nguồn xoay chiều một pha hoặc ba pha sang dạng năng lượng một chiều (hình 1.3) b. Khối nghịch lưu Nhiệm vụ mạch nghịch lưu nhằm biến đổi năng lượng dòng một chiều thành năng lượng xoay chiều một pha hoặc ba pha (hình 1.4) Hình 1.4 Sơ đồ khối hệ nghịch lưu c. Các hệ biến đổi Các mạch biến đổi nhằm thay đổi: Dòng xoay chiều có điện áp, tần số và số pha xác định sang các giá trị khác (hình 1.5) ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 6
  8. TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Hình 1.5 Sơ đồ khối hệ biến đổi Dòng một chiều có điện áp xác định sang dòng một chiều có giá trị điện áp khác (converter DC to DC) Mạch biến đổi thường là sự kết hợp từ mạch chỉnh lưu và mạch nghịch lưu. Do đó, lại được chia làm hai loại: Biến đổi trực tiếp và biến đổi có khâu trung gian 2.2 Các loại tải Tính chất của tải có ảnh hưởng rất quan trọng đến chế độ làm việc của các mạch đổi điện, người ta chia tải thành các loại như sau: 2.2.1 Tải thụ động Tải thuần trở chỉ bao gồm các điện trở thuần, đây là loại tải đơn giản nhất, dòng điện qua tải và điện áp rơi trên tải cùng pha với nhau. Loại này được ứng dụng chủ yếu trong lĩnh vực chiếu sáng và trong các lò nung. Tải cảm kháng có đặc tính lưu trữ năng lượng, tính chất này được thể hiện ở hiện tượng san bằng thành phần gợn sóng có trong điện áp một chiều ở ngõ ra của mạch nắn điện và xung điện áp cao xuất hiện tại thời điểm cắt tải Các ứng dụng quan trọng của loại tải này là: Các cuộn kích từ trong máy điện (tạo ra từ trường), trong các thiết bị nung cảm ứng và các lò tôi cao tần. Trong các trường hợp này điện cảm thường được mắc song song với điện dung để tạo thành một khung cộng hưởng song song 2.2.2 Tải tích cực Các loại tải này thường có kèm theo một nguồn điện áp (hình 1.6) như các van chỉnh lưu ở chế độ phân cực nghịch. Ví dụ: Quá trình nạp điện bình ắc quy và sức phản điện của động cơ điện. ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 7
  9. TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Hình 1.6 Sơ đồ tương đương của một tải trở kháng với sức phản điện 2.3 Các van biến đổi Các van điện là những phần tử chỉ cho dòng điện chảy qua theo một chiều nhất định. Trong lĩnh vực điện tử công suất đó chính là các diode bán dẫn và thyristor kể cả những transistor công suất 2.3.1 Van không điều khiển được (diode) Một diode lý tưởng chỉ cho dòng điện chạy qua nó khi điện áp anode dương hơn cathode, điện áp ngõ ra của diode chỉ phụ thuộc theo điện áp ngõ vào của diode đó 2.3.2 Van điều khiển được (thyristor) Môt chỉnh lưu có điều khiển lý tưởng vẫn không dẫn điện mặc dù giữa anode và cathode được phân cực thuận (anode dương hơn cathode). Điều kiện để các van này dẫn điện là đồng thời với chế độ phân cực thuận phải có thêm xung kích tại cực cổng (UAK dương và UGK dương). Điện áp ngõ ra không những phụ thuộc theo điện áp vào mà còn phụ thuộc theo thời điểm xuất hiện xung kích (đặc trưng bởi góc kích α) 3. Cơ bản về điều khiển mạch hở 3.1 Khái niệm cơ bản Vào thế kỷ trước đây, nhờ ứng dụng của cơ khí hóa vào kỹ thuật mà sự phát triển lúc bấy giờ chủ yếu là hướng về khả năng tự động hóa. Tự động hóa một quá trình có nghĩa là quá trình đó sẽ tự thực hiện theo một chương trình đặt sẳn nào đó nều hội đủ một số điều kiện cho trước không cần sự tham gia của con người. Ưu điểm của kỹ thuật tự động hóa là độ an toàn, độ chính xác và tính kinh tế rất cao. Kỹ thuật tự động hóa được phân thành hai chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và kỹ thuật điều chỉnh. Tuy nhiên, trong thực tế cũng thường gặp trường hợp kết hợp cả hai. Ví dụ: Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng cầu chỉnh lưu có điều khiển. ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 8
  10. TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Từ sự mô tả các van chỉnh lưu ở phần trên có xử dụng khái niệm van có điều khiển. Các thyristor được điều khiển bằng cách dịch chuyển pha của xung kích và dẫn đến là điện áp ra cũng như công suất rơi trên tải cũng thay đổi theo. Thuật ngữ ‘điều khiển’ cũng đã nói lên một quá trình mà trong đó một hoặc nhiều đại lượng vào của hệ thống có ảnh hưỡng đến các đại lượng ra của hệ thống đó. Khi các đại lượng ra không được hồi tiếp trở lại ngõ vào, người ta gọi là quá trình hở, hướng tác động của quá trình là cố định và được biểu diển bằng các mũi tên như trong hình 1.7 Trong thực tế, các khái niệm và tên gọi trong kỹ thuật điều khiển được định nghĩa và xử dụng theo tiêu chuẩn DIN 19226 như sau: Đại lượng ra Xout: là một đại lượng vật lý của hệ thống, đại lượng này bị ảnh hưởng theo một quy luật điều khiển nhất định Đối tượng điều khiển: là một khâu trong quá trình điều khiển, là nơi xuất phát đại lượng ra, trong hệ thống truyền động điều chỉnh bằng thyristor: Động cơ và thyristor là đối tượng điều khiển, tốc độ và momen quay là các đại lượng ra. Phần tử chấp hành là một bộ phận của đối tượng điều khiển tác động trực tiếp đến năng lượng hoặc khối lượng cần điều khiển, có loại phần tử tác động gián đoạn như: rờ le, công tắc tơ và cũng có loại tác động liên tục như: Con trượt, van tiết lưu, transistor và mạch nắn điện có điện áp ra thay đổi được Tín hiệu điều khiển y: là tín hiệu tác động vào phần tử chấp hành, đây chính là tín hiệu ra của phần tử điều khiển. Phần tử điều khiển: có nhiệm vụ tạo ra tín hiệu điều khiển, cấu trúc của phần tử điều khiển phụ thuộc theo đại lượng vào. Đại lượng vào w: được đưa từ ngoài vào hệ thống, độc lập với quá trình điều khiển, giữa đại lượng vào với đại lượng ra tồn tại một quan hệ xác định Nhiễu z : có nguồn gốc từ nhiều nguyên nhân khác nhau, có thể tạo ra những tác động ngoài ý muốn đến kết quả điều khiển Hình 1.7 Định nghĩa hệ điều khiển hở ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 9
  11. TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Hình 1.8 Sơ đồ khối một hệ điều khiển hở Ví du 1: Hình 1.9 mô tả quá trình điều khiển lưu lượng nước chảy qua một vòi nước. Hình 1.9 Minh họa một hệ điều khiển hở Kết quả so sánh có thể trình bày như sau: Đại lượng ra (4) - Lưu lượng nước Đối tượng điều khiển (3) - Ống dẫn của vòi nước Phần tử chấp hành (1) - Van cao su Tín hiệu điều khiển - Độ mở của van ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 10
  12. TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Phần tử điều khiển (2) - Tay vặn Đại lượng vào - Góc xoay của tay vặn Nhiễu (5) - Sự thay đổi áp lực nước Ví dụ 2: Một động cơ một chiều được thay đổi tốc độ bởi mạch nắn điện cầu có điều khiển (SRA) (hình 1.10) điện áp vào là 3 pha Đại lượng ra - Tốc độ động cơ Đối tượng điều khiển - Mạch chỉnh lưu và động cơ Phần tử chấp hành - Thyristor Tín hiệu điều khiển - Góc kích Phần tử điều khiển - Mạch tạo xung kích Đại lượng vào - Điện áp Nhiễu - Biến thiên của tải và điện áp nguồn Hình 1.10 Điều chỉnh vô cấp tốc độ động cơ một chiều bằng mạch chỉnh lưu 3 pha thay đổi được điện áp ra Từ hai ví dụ trên cho thấy: Quy luật của nhiễu thường là không biết trước, để loại bỏ những ảnh hưởng không tốt do nhiễu gây ra cho hệ thống, người ta thường xử dụng các điện áp bù đặt ở ngõ vào. Ví dụ trong hệ thống điều khiển lò sưởi, nhiệt độ bên ngoài là nhiễu sẽ được cộng thêm với đại lượng vào W do đó, sẽ tự triệt tiêu được loại nhiễu này 3.2 Các phương pháp điều khiển ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 11
  13. TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Dựa trên nguyên lý làm việc người ta chia thành hai phương pháp điều khiển. 1. Điều khiển vô cấp 2. Điều khiển gián đoạn Dựa trên trình tự thực hiện người ta chia thành: Điều khiển theo chương trình, điều khiển theo thời gian, điều khiển theo tuyến, điều khiển theo quá trình và điều khiển lập trình. 3.2.1 Điều khiển vô cấp Trong phương pháp này giữa các đại lượng vào và đại lượng ra luôn tồn tại một quan hệ đơn trị ở trạng thái ổn định đến nổi nhiễu cũng không làm xáo trộn hoạt động của hệ thống. Đại lượng vào w có thể được chỉnh định hoặc thay đổi từ 0 đến Wmax bởi công nhân vận hành máy. Mạch điều chỉnh vô cấp độ sáng của đèn là một ví dụ 3.2.2 Điều khiển gián đoạn Hệ thống điều khiển trong trường hợp này làm việc ở chế độ đóng-ngắt. Trước tiên, đại lượng vào có giá trị tương ứng với mức đóng (ON) để tác động phần tử chấp hành. Hệ thống sẽ chuyển sang trạng thái ngắt ví dụ khi nhấn nút STOP hoặc một tiếp điểm hành trình nào đó. Phương pháp này được dùng rất phổ biến trong các hệ thống có phần tử chấp hành loại điện cơ như: Rơ le, công tắc tơ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 12
  14. TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Hình 1.11. Cho thấy một ví dụ mạch chuyển tốc độ nhảy cấp động cơ 3 pha không đồng bộ dùng công tắc tơ. Hình 1.11 Điều khiển tốc độ nhảy cấp động cơ 3 pha hai dây quấn Nguyên lý hoạt động : Nút nhấn S2 hoặc S3 tác động đến các cuộn K1 hoặc K2 tùy thuộc vào chế độ làm việc của động cơ ở tốc độ thấp hoặc cao. Mạch chỉ có thể chuyển sang tốc độ khác sau khi tác động S1 (OFF). Mạch điều khiển đảo chiều cũng tương ứng như trên, chiều quay của động cơ 3 pha được điều khiển bằng cách đảo chiều từ trường Trong kỹ thuật lắp đặt điện gia dụng, phương pháp điều khiển gián đoạn được thực hiện bởi các rờ le dòng, mạch cảm biến - tiếp điểm và cảm biến - không tiếp điểm (bán dẫn), loại này được trình bày ở hình 1.12 Nguyên lý hoạt động : Các phần tử R1, R2, V3 và C3 tạo nguồn nuôi cho Flip-Flop và các transistor trong mạch cảm biến và cảm biến, Flip-Flop đóng vai trò một rờ le điện tử. Khi có tín hiệu tại ngõ vào E (do tiếp xúc vào bản cực cảm biến B). Transistor S tắt, triac được kích trong khoảng thời gian từng bán kỳ của điện áp nguồn và lúc này có dòng qua tải. Xung vào tiếp theo làm transistor dẫn, tụ C2 bị ngắn mạch và triac chuyển sang trạng thái tắt, dòng qua tải bằng 0. ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 13
  15. TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Một trường hợp đặc biệt của phương pháp điều khiển gián đoạn là ''chế độ tiếp xúc'', ở chế độ này trạng thái ON chỉ có hiệu lực khi một nút nhấn hoặc một tiếp điểm nhiều vị trí được duy trì trạng thái đóng, loại này thường gặp ở các cơ cấu nâng, mỗi một chuyển động như : Tới, lui, lên, xuống cần một nút nhấn riêng, trong ứng dụng này vị trí của cần trục là đại lượng ra Xout Hình 1.12 Hệ điều khiển gián đoạn dùng cảm biến 3.2.3 Điều khiển theo chương trình Điều khiển theo chương trình là sự mở rộng của hai phương pháp điều khiển vô cấp và điều khiển gián đoạn, trong phương pháp này xử dụng các ''cảm biến chương trình'' và lại được chia làm hai loại: Điều khiển tuần tự theo thời gian và điều khiển theo tuyến. Một ví dụ điều khiển tuần tự theo thời gian đơn giản nhất là quá trình điều khiển độ sáng bằng thiết bị định thời. Các cảm biến chương trình thường là các đĩa lệch tâm, cam chuyển mạch, băng đục lỗ và các loại băng từ. Phương pháp điều khiển theo tuyến thường thấy ở các máy tự động gia công kim loại, việc điều khiển tốc độ quay và tốc độ ăn dao phụ thuộc vào vị trí của công cụ. trong lĩnh vực vận tải tốc độ vận chuyển được điều khiển phù hợp theo từng tuyến (tuyến truyền vận, tuyến hãm, vị trí dừng). ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 14
  16. TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Mức phát triển cao hơn của phương pháp điều khiển theo chương trình là phương pháp điều khiển tuần tự theo quá trình (hình 1.13). Trong đó các thao tác hoặc các tiến trình vật lý được thực hiện theo một thứ tự đã được lập trình tùy thuộc vào các trạng thái đạt được của quá trình điều khiển. Chương trình có thể được cài đặt cố định hoặc được đọc ra từ các bìa đục lỗ , băng đục lỗ , băng từ hoặc một thiết bị lưu trữ khác Hình 1.13 Đồ thị tín hiệu của phương pháp điều khiển tuần tự Một ví dụ đơn giản cho phương pháp này là mạch tự động đổi nối sao-tam giác, điều kiện để mạch được phép chuyển đổi cách nối là phải đạt được thời gian khởi động tối thiểu hoặc tốc độ tối thiểu của động cơ không đồng bộ 3 pha 3.2.4 Điều khiển lập trình Việc nâng cao hiệu suất tự động hóa là một yêu cầu cần thiết của kỹ thuật điều khiển. Trong phương pháp điều khiển dùng rờ le và các linh kiện điện tử, quan hệ giữa các ngõ vào với các ngõ ra được mô tả bởi sơ đồ mạch điều khiển, các phần tử trong mạch được hàn nối với nhau theo sơ đồ này. Người ta gọi các hệ thống kể trên làm việc theo một ''chương trình cứng'', sơ đồ mạch điều khiển có thể được mô tả đầy đủ bằng cách liệt kê ra các quan hệ có trong đó. Ví dụ mô tả mạch điện vẽ ở hình 1.14. ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 15
  17. TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Hình 1.14 Điều khiển dùng rơle Khi a hoặc b đóng và c đang ở vị trí đóng thì rờ le y sẽ có điện, sự mô tả này được biểu diển bởi phương trình y = (a+b).c Trong nhiều trường hợp, phương pháp như trên khó thực hiện và không kinh tế. Để khắc phục nhiều nhà sản xuất đã đưa ra phương pháp điều khiển có khả năng lập trình. Trong phương pháp này yêu cầu điều khiển không phụ thuộc hoàn toàn vào một mạch điện đã được lắp ráp sẳn mà chủ yếu là vào một chương trình (phần mềm) gồm các chỉ thị điều khiển vi xử lý được sắp xếp phù hợp với thuật giải để giải quyết yêu cầu điều khiển đề ra. Ví dụ: Hệ thống điều khiển máy cán, máy công cụ và các máy gia công nhựa Cấu tạo cơ bản của hệ thống điều khiển lập trình được mô tả trong sơ đồ vẻ ở hình 1.15 Các lệnh thực hiện chương trình được chứa trong bộ nhớ chương trình, vi xử lý sẽ thi hành theo phần mả công tác của lệnh, các lệnh bắt đầu bởi các quan hệ logic và kết thúc bởi các thao tác đóng/ngắt mạch. Khối tạo xung đồng hồ liên kết với bộ đếm địa chỉ để đọc mã lệnh, các khối vào và ra có nhiệm vụ giao tiếp với các thiết bị ngoại vi của hệ thống điều khiển lập trình . ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 16
  18. TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Hình 1.15 Cấu tạo cơ bản hệ điều khiển lập trình 3.3 Phần tử chấp hành Các phần tử thừa hành trong một hệ tự động điều khiển không chỉ là các thiết bị điện mà còn bao gồm cả các van, con trượt và bơm định lương. Bảng vẻ ở hình 1.17 liệt kê các phần tử thừa hành quan trọng trong kỹ thuật điện 4. Điều khiển mạch kín 4.1 Khái niệm Như mô hình trình bày ở trên. Trong đó con người đóng vai trò khâu điều chỉnh - đã cho thấy tất cả đặc tính của hệ thống điều chỉnh bằng tay Nói chung, quá trình điều chỉnh là một quá trình tự động, qua đó một đại lượng vật lý ví dụ Nhiệt độ của lò nung là đại lượng mẫu x luôn được ghi nhận và xử lý liên tục bằng cách so sánh giữa đại lượng mẫu với đại lượng chuẩn w (giá trị đặt) sự sai biệt nếu có sẽ làm thay đổi tín hiệu điều khiển sao cho sự sai biệt này giảm đến mức tối thiểu. Đại lượng mẫu là yếu tố cần thiết cho khâu so sánh của quá trình điều chỉnh khép kín hay còn gọi là "vòng điều chỉnh" (hình 1.18). ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 17
  19. TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Hình 1.18 Sơ đồ khối hệ điều chỉnh Trong vòng điều chỉnh được được phân thành: Đối tượng điều chỉnh và khâu điều chỉnh, khâu điều chỉnh bao gồm cả khâu so sánh có tín hiệu ra phụ thuộc vào sự sai biệt giữa đại lượng mẫu và đại lượng chuẩn, tín hiệu này sẽ điều chỉnh lại đại lượng ra theo đúng yêu cầu. Mục đích cuối cùng của việc điều chỉnh là đạt được giá trị đặt chính là đại lượng vào w trong kỹ thuật điều khiển, dựa vào đại lượng này người ta chia ra các loại: Điều chỉnh theo giá trị cố định, điều chỉnh tùy động và điều chỉnh theo trình tự thời gian. Trong phương pháp điều chỉnh theo giá trị cố định, giá trị đặt là một hằng số trong suốt quá trình hoạt động. Trong phương pháp điều chỉnh tùy động, giá trị thực phụ thuộc theo giá trị đặt và giá trị này lại được thay đổi trong quá trình hoạt động. Ví dụ: Máy cắt bằng tia lửa điện, vị trí cắt được xác định bằng máy tính, tại mỗi vị trí có một giá trị đặt tương ứng. Trong phương pháp điều chỉnh theo trình tự thời gian, giá trị đặt phụ thuộc theo một trình tự thời gian cho trước. Ví dụ: Hệ thống điều chỉnh giảm dần nhiệt độ trong phòng sau mỗi giờ đồng hồ. ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 18
  20. TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT – ĐỨC HÀ TĨNH Khác với trong kỹ thuật điều khiển, tín hiệu điều khiển trong kỹ thuật điều chỉnh không bị ảnh hưởng theo giá trị đặt mà chỉ phụ thuộc vào tín hiệu sai biệt Xd. Đây là tín hiệu ra của khâu so sánh với hai tín hiệu vào là giá trị đặt w và giá trị mẫu x, sau đó tín hiệu điều khiển sẽ tiếp tục tác động đến phần tử chấp hành Các khái niệm thường dùng trong kỹ thuật điều chỉnh là: Tín hiệu sai lệch Xd = w - x Độ lệch điều chỉnh Xw = x – w = - Xd Nhiễu là những yếu tố gây ra các ảnh hưởng không mong muốn cho đối tượng điều chỉnh và khâu điều chỉnh, nhiễu tạo ra một thay đổi nhất định trong đại lượng mẫu x mặc dù giá trị đặt không đổi và trong đại lượng ra Xout mặc dù tín hiệu điều khiển cố định. Hình 1.19 trình bày một vòng điều chỉnh tạo nên từ một hệ điều khiển hở có hồi tiếp. Hình 1.19 Điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều 4.2 Hoạt động của vòng điều chỉnh Hình 1.18.và 1.19 cho thấy cấu tạo của một vòng điều chỉnh, trong đó chủ yếu là đối tượng điều chỉnh và khâu điều chỉnh Giống như trong kỹ thuật điều khiển, đại lượng ra được lấy từ đối tượng điều chỉnh, đặc tính vật lý phụ thuộc vào cấu tạo của chúng. Trong hình 1.19 đối tượng điều chỉnh gồm một mạch nắn điện có điều khiển dùng làm nguồn cấp điện cho động cơ một chiều. Tốc độ n của động cơ là đại lượng mẫu được một máy phát tốc biến đổi ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 19
nguon tai.lieu . vn
Kiến trúc - Xây dựng Tự động hoá Điện - Điện tử Kĩ thuật Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Năng lượng Hoá dầu Hoá học Sinh học